(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にある複数のマークの上で荷電粒子ビームを走査し、前記複数のマークからの反射信号を検出する第１の工程と、
前記複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、前記第１の工程における反射信号に基づく波形をフィッティングして前記荷電粒子ビームの分解能σ１を求める第２の工程と、
前記第２の工程を終えて所定時間を経過してから、再び前記複数のマークの上で荷電粒子ビームを走査し、前記複数のマークからの反射信号を検出する第３の工程と、
前記複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、前記第３の工程における反射信号に基づく波形をフィッティングして前記荷電粒子ビームの分解能σ２を求める第４の工程と、
前記分解能σ１および前記分解能σ２と、前記第２の工程および前記第４の工程における各形状関数とをそれぞれ比較する第５の工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム分解能測定方法。
【請求項２】
基板上にある１つのマークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査し、前記マークからの反射信号を検出する第１の工程と、
前記マークに対応する１つの形状関数と、前記第１の工程における前記荷電粒子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、前記第１の工程における反射信号に基づく波形をフィッティングして前記荷電粒子ビームの分解能σ１を求める第２の工程と、
前記第２の工程を終えて所定時間を経過してから、再び前記マークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査し、前記マークからの反射信号を検出する第３の工程と、
前記マークに対応する１つの形状関数と、前記第３の工程における荷電粒子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、前記第３の工程における反射信号に基づく波形をフィッティングして前記荷電粒子ビームの分解能σ２を求める第４の工程と、
前記分解能σ１および前記分解能σ２と、前記第２の工程および前記第４の工程における各形状関数とをそれぞれ比較する第５の工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム分解能測定方法。
【請求項３】
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
前記荷電粒子ビームを複数のマークの上で走査して得られる前記複数のマークからの第１の反射信号を検出し、前記第１の反射信号の検出を終えて所定時間を経過してから、再び前記複数のマークの上で荷電粒子ビームを走査して得られる前記複数のマークからの第２の反射信号を検出する検出部と、
前記第１の反射信号における前記複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、前記第１の反射信号に基づく波形をフィッティングして前記荷電粒子ビームの分解能σ１を取得し、前記第２の反射信号における前記複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、前記第２の反射信号に基づく波形をフィッティングして前記荷電粒子ビームの分解能σ２を取得する分解能取得部とを有し、
前記分解能σ１および前記分解能σ２と、前記第１の反射信号および前記第２の反射信号における各形状関数とをそれぞれ比較することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項４】
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
１つのマークの上で前記荷電粒子ビームの状態を変えて走査して得られる前記マークからの第１の反射信号を検出し、前記第１の反射信号の検出を終えて所定時間を経過してから、再び前記マークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査して得られる前記マークからの第２の反射信号を検出する検出部と、
前記第１の反射信号における前記マークに対応する１つの形状関数と、前記荷電粒子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、前記第１の反射信号に基づく波形をフィッティングして前記荷電粒子ビームの分解能σ１を取得し、前記第２の反射信号における前記マークに対応する１つの形状関数と、前記荷電粒子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、前記第２の反射信号に基づく波形をフィッティングして前記荷電粒子ビームの分解能σ２を取得する分解能取得部とを有し、
前記分解能σ１および前記分解能σ２と、前記第１の反射信号および前記第２の反射信号における各形状関数とをそれぞれ比較することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム分解能測定方法および荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。また、レーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発も試みられている。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接パターン回路を描画する場合にも用いられる。
【０００３】
ところで、多大なコストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。一方、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。ここで、電子ビーム描画装置を使用して形成されたパターンの精度や最小解像寸法は、電子ビームの分解能と密接に関係する他、レジストの分解能、例えば、化学増幅型レジストのパターニング性などのプロセス要因にも関係する。近年の電子ビーム描画装置では、描画装置自身のビーム分解能が向上しており、プロセス要因によって決まる分解能と計算上は同等かあるいはこれより小さい値にまで到達している。
【０００４】
電子ビームの分解能は、電子ビームの強度分布から求めることができる。特許文献１には、電子ビームの強度分布を求める方法が記載されている。この方法によれば、電子ビームの強度分布は、ビームサイズに比べて十分に小さい面積の金属マークに電子ビームを照射し、金属マークからの反射電子を測定することによって求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２４２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようにして求められた電子ビームの分解能は、描画装置自身のビーム分解能に比べて大きい値となる。この原因としては、電子ビームを金属マークに照射した際の金属マークからの散乱電子などが挙げられる。したがって、描画装置自身のビーム分解能を求めるには、こうした原因による影響を排除することが必要になる。
【０００７】
本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、描画装置自身のビーム分解能を測定することのできる荷電粒子ビーム分解能測定方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、描画装置自身のビーム分解能を求めることの可能な荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、基板上にある複数のマークの上で荷電粒子ビームを走査し、複数のマークからの反射信号を検出する工程と、
複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能を求める工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム分解能測定方法に関する。
【００１１】
本発明の第２の態様は、基板上にある複数のマークの上で荷電粒子ビームを走査し、複数のマークからの反射信号を検出する第１の工程と、
複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、第１の工程における反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能σ１を求める第２の工程と、
第２の工程を終えて所定時間を経過してから、再び複数のマークの上で荷電粒子ビームを走査し、複数のマークからの反射信号を検出する第３の工程と、
複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、第３の工程における反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能σ２を求める第４の工程と、
分解能σ１および分解能σ２と、第２の工程および第４の工程における各形状関数とをそれぞれ比較する第５の工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム分解能測定方法に関する。
【００１２】
本発明の第３の態様は、基板上にある１つのマークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査し、マークからの反射信号を検出する工程と、
マークに対応する１つの形状関数と、荷電粒子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能を求める工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム分解能測定方法に関する。
【００１３】
本発明の第４の態様は、基板上にある１つのマークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査し、マークからの反射信号を検出する第１の工程と、
マークに対応する１つの形状関数と、第１の工程における荷電粒子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、第１の工程における反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能σ１を求める第２の工程と、
第２の工程を終えて所定時間を経過してから、再びマークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査し、マークからの反射信号を検出する第３の工程と、
マークに対応する１つの形状関数と、第３の工程における荷電粒子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、第３の工程における反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能σ２を求める第４の工程と、
分解能σ１および分解能σ２と、第２の工程および第４の工程における各形状関数とをそれぞれ比較する第５の工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム分解能測定方法に関する。
【００１４】
本発明の第５の態様は、荷電粒子ビームを照射する照射部と、
荷電粒子ビームを複数のマークの上で走査して得られる複数のマークからの反射信号を検出する検出部と、
複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能を取得する分解能取得部とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【００１５】
本発明の第６の態様は、荷電粒子ビームを照射する照射部と、
１つのマークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査して得られるマークからの反射信号を検出する検出部と、
マークに対応する１つの形状関数と、荷電粒子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能を取得する分解能取得部とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の態様によれば、基板上にある複数のマークの上で荷電粒子ビームを走査し、複数のマークからの反射信号を検出するので、電子ビームの状態は変えずにマークの形状を変えながら測定することができる。したがって、従来法に比べてマークの形状関数を正確に求めることができるので、得られる電子ビームの分解能もより正確なものとなる。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、基板上にある複数のマークの上で荷電粒子ビームを走査し、複数のマークからの反射信号の検出によって荷電粒子ビームの分解能σ１を求め、所定時間を経過してから、再び同様の工程を行って荷電粒子ビームの分解能σ２を求める。分解能σ１および分解能σ２と、第２の工程および第４の工程における各形状関数とをそれぞれ比較することにより、分解能の低下やマークの変化を知ることができる。換言すると、分解能の低下とマークの劣化との切り分けが可能となる。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、基板上にある１つのマークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査し、マークからの反射信号を検出するので、マークの形状が同じ状態で測定することができる。したがって、従来法に比べて電子ビームの強度分布誤差関数を正確に求めることができるので、得られる電子ビームの分解能もより正確なものとなる。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、基板上にある１つのマークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査し、マークからの反射信号の検出によって荷電粒子ビームの分解能σ１を求め、所定時間を経過してから、再び同様の工程を行って荷電粒子ビームの分解能σ２を求める。分解能σ１および分解能σ２と、第２の工程および第４の工程における各形状関数とをそれぞれ比較することにより、分解能の低下やマークの変化を知ることができる。換言すると、分解能の低下とマークの劣化との切り分けが可能となる。
【００２０】
本発明の第５の態様によれば、検出部で荷電粒子ビームを複数のマークの上で走査して得られる反射信号を検出し、分解能取得部で複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能を取得する。これにより、正確な分解能を得ることができる。
【００２１】
本発明の第６の態様によれば、検出部で１つのマークの上で荷電粒子ビームの状態を変えて走査して得られる反射信号を検出し、分解能取得部でマークに対応する１つの形状関数と、荷電粒子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、反射信号に基づく波形をフィッティングして荷電粒子ビームの分解能を取得する。これにより、正確な分解能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施の形態による電子ビーム描画装置の構成図である。
【図２】本実施の形態の一態様によるビーム分解能測定方法の説明図である。
【図３】本実施の形態の一態様により得られた電子ビーム強度の波形である。
【図４】電子ビームの強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）の一例である。
【図５】マークの形状関数の一例である。
【図６】電子ビームによる描画方法の説明図である。
【図７】本実施の形態の電子ビーム描画装置の使用方法の一例である。
【図８】本実施の形態の電子ビーム描画装置の使用方法の別の例である。
【図９】本実施の形態の電子ビーム描画装置の使用方法の他の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の荷電粒子ビーム描画装置の一例である電子ビーム描画装置を示している。
【００２４】
図１において、試料室１内には、基板Ｓが設置されるステージ３が設けられている。基板Ｓは例えばシリコン（Ｓｉ）基板であって、その表面には後述するマークが設けられている。ステージ３は、ステージ駆動回路４によりＸ方向（紙面における左右方向）とＹ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路５により測定される。
【００２５】
図１に示すように、基板Ｓは、ステージ３上で、描画対象である試料２の邪魔にならない位置に固定されている。但し、基板Ｓは、電子ビームの分解能を測定する際に、描画装置の外部から試料室１内に搬入され、ステージ３上に載置されるようにすることもできる。
【００２６】
試料室１の上方には、電子ビームを照射する照射部１０が設置されている。照射部１０は、電子銃６、各種レンズ７、８、９、１１、１２、ブランキング用偏向器１３、成形偏向器１４、ビーム走査用の主偏向器１５、ビーム走査用の副偏向器１６、および、２個のビーム成形用アパーチャ１７、１８等から構成されている。
【００２７】
本実施の形態の一態様においては、図２に示すように、基板Ｓに電子ビームの分解能を測定するためのマーク１０１、１０２が設けられている。マーク１０１、１０２は、基板Ｓよりも反射率の大きい材料で形成される。例えば、基板Ｓがシリコン（Ｓｉ）基板である場合、マーク１０１を構成する材料としては、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）などが好適である。例えば、シリコン基板の上にタンタル膜を設け、このタンタル膜をエッチング加工し矩形状としたものをマーク１０１、１０２として使用することができる。マーク１０１、１０２の製造方法に半導体製造プロセスを適用することにより、機械加工による方法に比べてマーク１０１、１０２のパターン形状を精度のよいものとすることができる。
【００２８】
図２の例では、基板Ｓ上で電子ビーム５４を矢印の方向に走査する。このとき、１回の走査で電子ビーム５４がマーク１０１、１０２の上を通過するようにする。電子ビーム５４は、例えば、矩形状のマーク１０１の一辺に直交する方向から走査し、続いてそのままマーク１０２に向かって直進させる。例えば、図２に示すように、四角形に成形された電子ビーム５４をマーク１０１に向かって走査する。電子ビーム５４がマーク１０１に照射されると、マーク１０１から反射電子が飛び出す。飛び出した反射電子は、試料室１の上方に設けられた検出器３２で検出される。電子ビーム５４をさらに走査し、電子ビーム５４がマーク１０２に照射されると、マーク１０２から反射電子が飛び出す。飛び出した反射電子は、同様に検出器３２によって検出される。
【００２９】
従来法においては、マークは基板上に１つ設けられているだけであり、電子ビームを走査してマークからの反射電子を検出することで電子ビームの強度分布を求めていた。しかしながら、反射電子の検出量は、マークの形状によって変わり、また、電子ビームの分解能によっても変わる。上記従来法では、プロセス要因による影響は排除できるものの、先の測定から所定時間を経て行った測定で得られた電子ビームの分解能に変動が生じたとき、それが、純粋に電子ビームの分解能が変動することによるものなのか、それともマークの形状が変動した結果によるものなのかを区別できなかった。
【００３０】
そこで、本実施の形態の一態様においては、基板上に複数のマークを設け、１回の走査で電子ビームがこれらのマークの上を通過するようにする。そして、各マークの形状関数と電子ビームの強度分布誤差関数とによって定義された近似式を用いて、検出器で検出された反射電子の信号に基づく波形をフィッティングする。これにより、電子ビームの分解能を求めることができる。尚、マークの数に限定はないが、２つあれば分解能を求めるのに十分である。
【００３１】
このように、本実施の形態の一態様では、電子ビームを１回の走査で複数のマークの上を通過させ、検出された各マークからの反射電子に基づいて電子ビームの強度分布を求める。電子ビームの安定性は、公知の方法により電子ビーム描画装置内で観測可能であり、通常、１回の走査の間に電子ビームの状態は変化しないと考えてよい。つまり、この方法によれば、電子ビームの状態は変えずにマークの形状を変えながら測定することができる。したがって、従来法に比べてマークの形状関数を正確に求めることができるので、得られる電子ビームの分解能もより正確なものとなる。
【００３２】
図１で検出器３２は、マーク１０１、１０２に電子ビーム５４が照射されて発生した反射電子を電流値として検出する。尚、検出器３２は、反射電子の他に２次電子を電流値として検出してもよい。検出器３２から出力された電気信号は、検出部３３に入力される。そして、検出部３３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換部３４に入力される。Ａ／Ｄ変換部３４は、検出部３３からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、制御計算機１９に送られる。ここで、Ａ／Ｄ変換部３４は、検出部３３からのデータを蓄積できるので、１回の測定毎に制御計算機１９にデータを転送する必要がない。したがって、通信時間によるサンプリングタイムの長期化を低減できる。
【００３３】
制御計算機１９に設けられた分解能取得部３５は、マーク１０１、１０２に対応する２つの形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、これらのマークからの反射信号に基づく波形をフィッティングして電子ビームの分解能を取得する。
【００３４】
分解能取得部３５は、Ａ／Ｄ変換部３４から送られた信号を微分演算し、その絶対値をとることで電子ビーム強度の波形を求める。図３は、得られた電子ビーム強度の波形である。図３において、横軸は電子ビーム走査方向の位置である。電子ビーム５４を走査すると、まず、マーク１０１に電子ビーム５４が照射されることによって飛び出した反射電子が観測される。そして、電子ビーム５４がマーク１０１を通過し終えると、反射電子は実質的に観測されなくなる。次に、マーク１０２に電子ビーム５４が照射されると、再び反射電子が飛び出して観測される。観測された反射電子の信号を微分演算すると、図３に示す電子ビーム強度の波形が得られる。マーク１０１からの反射電子の信号と、マーク１０２からの反射電子の信号との間に違いが見られれば、その原因はマークの形状にあると言える。
【００３５】
分解能取得部３５では、マークの形状関数と電子ビームの強度分布誤差関数とによって定義された近似式を用い、得られた反射電子の信号に基づく波形から電子ビームの分解能を求める。近似式は、式（１）に示すように、マークの形状関数と強度分布誤差関数とのコンボリュートした関数で定義される。これにより、測定により得られた波形にほぼ一致する近似関数Ｒ（ｘ）が得られる。尚、Ｐ（ｘ）はマークの形状関数であり、Ｆ（ｘ）は強度分布誤差関数である。
0005563801.tif 000002
【００３６】
図４は、電子ビームの強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）の一例である。電子ビームの分解能をσとし、電子ビームの幅を２Ｗとすると、強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）は式（２）で表される。基板上に設けられた複数のマークの上を１回の走査で電子ビームが通過するようにして反射電子を測定する方法によれば、マーク１０１とマーク１０２のそれぞれについて同じ強度分布誤算関数Ｆ（ｘ）を適用することができる。
0005563801.tif 000003
【００３７】
図５は、マークの形状関数の一例である。尚、図２のマーク１０１とマーク１０２とは同一の関数にならないのが通常であり、それぞれについて適当な形状関数が求められる。
【００３８】
図５に示すマークの形状関数Ｐ（ｘ）は、式（３）で表わされる。各位置ｘ１〜ｘ６の２点間の関数は、それぞれパラメータａ１〜ａ６、ｂ１〜ｂ６で定義される。
0005563801.tif 000004
【００３９】
電子ビームの強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）と、マークの形状関数Ｐ（ｘ）とにおける各パラメータを合わせ込み、マーク１０１とマーク１０２のそれぞれで観測された反射電子の信号から得られた電子ビーム強度の波形を式（１）の近似関数Ｒ（ｘ）でフィッティングし、ビーム分解能σを得る。この方法によれば、マークの形状に関する依存性が排除された電子ビーム描画装置単体での電子ビームが持つ本来のビーム分解能σが得られる。
【００４０】
次に本実施の形態の別の態様について説明する。
【００４１】
本実施の形態の別の態様では、基板上に設けられた１つのマークの上を電子ビームの状態を変えて走査する。例えば、電子ビーム描画装置の光学系のフォーカスを調整し、ビームのぼけ量を変えて走査する。この方法によれば、マークの形状が同じ状態で測定することができる。したがって、従来法に比べて電子ビームの強度分布誤差関数を正確に求めることができるので、得られる電子ビームの分解能もより正確なものとなる。
【００４２】
この態様においても、前述の態様と同様に、電子ビームの強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）と、マークの形状関数Ｐ（ｘ）とにおける各パラメータを合わせ込み、観測された反射電子の信号から得られた電子ビーム強度の波形を式（１）の近似関数Ｒ（ｘ）でフィッティングする。電子ビームの強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）は、状態の異なる電子ビーム毎に求められるが、マークの形状関数Ｐ（ｘ）はこれらの電子ビームについて共通とする。すなわち、制御計算機の分解能取得部は、マークに対応する１つの形状関数と、電子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、マークからの反射信号に基づく波形をフィッティングして電子ビームの分解能を取得する。
【００４３】
さらに、本実施の態様の他の態様においては、基板上に設けられた１つのマークの上を電子ビームの状態を変えて走査し、検出される反射電子から電子ビーム強度の波形を求める工程を時間ｔ１で行い、続いて所定時間経過後の時間ｔ２で再び行う。時間ｔ１と時間ｔ２で得られる電子ビームの分解能に差が生じた場合には、マークに何らかの変化が生じていることが予想される。ここで、変化の例としては、電子ビームの照射によるマークの劣化が挙げられる。したがって、この形態によれば、マークの交換時期を知ることができる。
【００４４】
図６は、電子ビームによる描画方法の説明図である。この図に示すように、試料２上に描画されるパターン５１は、短冊状のフレーム領域５２に分割されている。尚、試料２は、例えば、ガラス基板上にクロム膜等の遮光膜とレジスト膜とが積層されたマスクである。電子ビーム５４による描画は、図１でステージ３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域５２毎に行われる。フレーム領域５２は、さらに副偏向領域５３に分割されており、電子ビーム５４は、副偏向領域５３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域５２は、主偏向器１５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域５３は、副偏向器１６の偏向幅で決まる単位描画領域である。
【００４５】
副偏向領域の基準位置の位置決めは、主偏向器１５で行われ、副偏向領域５３内での描画は、副偏向器１６によって制御される。すなわち、主偏向器１５によって、電子ビーム５４が所定の副偏向領域５３に位置決めされ、副偏向器１６によって、副偏向領域５３内での描画位置が決められる。さらに、成形偏向器１４とビーム成形用アパーチャ１７、１８によって、電子ビーム５４の形状と寸法が決められる。そして、ステージ３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域５３内を描画し、１つの副偏向領域５３の描画が終了したら、次の副偏向領域５３を描画する。フレーム領域５２内の全ての副偏向領域５３の描画が終了したら、ステージ３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域５２を順次描画して行く。
【００４６】
図１で、符号２０は入力部であり、記憶媒体である磁気ディスクを通じて電子ビーム描画装置に、試料２に描画する描画データが入力される部分である。入力部２０から読み出された描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２１に一時的に格納される。パターンメモリ２１に格納されたフレーム領域５２毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、描画データ補正部３１でドリフト補正などの補正をされた後、データ解析部であるパターンデータデコーダ２２と描画データデコーダ２３に送られる。また、描画データ補正部３１では、ドリフト補正がされた設計値のデータに対してさらにステージ３上での位置補正が行われる。すなわち、位置回路５で測定されたステージ３の位置データは、描画データ補正部３１に送られて、ドリフト補正がされた設計値のデータに加算される。合成されたデータは、パターンデータデコーダ２２と描画データデコーダ２３に送られる。
【００４７】
パターンデータデコーダ２２からの情報は、ブランキング回路２４とビーム成形器ドライバ２５に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ２２で上記データに基づいたブランキングデータが作成され、ブランキング回路２４に送られる。また、所望とするビーム寸法データも作成されて、ビーム成形器ドライバ２５に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ２５から、照射部１０の成形偏向器１４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４の寸法が制御される。
【００４８】
図１の偏向制御部３０は、セトリング時間決定部２９に接続し、セトリング時間決定部２９は、副偏向領域偏向量算出部２８に接続し、副偏向領域偏向量算出部２８は、パターンデータデコーダ２２に接続している。また、偏向制御部３０は、ブランキング回路２４と、ビーム成形器ドライバ２５と、主偏向器ドライバ２６と、副偏向器ドライバ２７とに接続している。
【００４９】
描画データデコーダ２３の出力は、主偏向器ドライバ２６と副偏向器ドライバ２７に送られる。そして、主偏向器ドライバ２６から、照射部１０の主偏向器１５に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ２７から、副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域５３内での描画が行われる。
【００５０】
次に、電子ビーム描画装置による描画方法について説明する。
【００５１】
まず、試料室１内のステージ３上に試料２を載置する。次いで、ステージ３の位置検出を位置回路５により行い、制御計算機１９からの信号に基づいて、ステージ駆動回路４によりステージ３を描画可能な位置まで移動させる。
【００５２】
次に、電子銃６より電子ビーム５４を出射する。出射された電子ビーム５４は、照明レンズ７により集光される。そして、ブランキング用偏向器１３により、電子ビーム５４を試料２に照射するか否かの操作を行う。
【００５３】
第１のアパーチャ１７に入射した電子ビーム５４は、第１のアパーチャ１７の開口部を通過した後、ビーム成形器ドライバ２５により制御された成形偏向器１４によって偏向される。そして、第２のアパーチャ１８に設けられた開口部を通過することにより、所望の形状と寸法を有するビーム形状になる。このビーム形状は、試料２に照射される電子ビーム５４の描画単位である。
【００５４】
電子ビーム５４は、ビーム形状に成形された後、縮小レンズ１１によって縮小される。そして、試料２上における電子ビーム５４の照射位置は、主偏向器ドライバ２６によって制御された主偏向器１５と、副偏向器ドライバ２７によって制御された副偏向器１６とにより制御される。主偏向器１５は、試料２上の副偏向領域５３に電子ビーム５４を位置決めする。また、副偏向器１６は、副偏向領域５３内で描画位置を位置決めする。
【００５５】
試料２への電子ビーム５４による描画は、ステージ３を一方向に移動させながら、電子ビーム５４を走査することにより行われる。具体的には、ステージ３を一方向に移動させながら、各副偏向領域５３内におけるパターンの描画を行う。そして、１つのフレーム領域５２内にある全ての副偏向領域５３の描画を終えた後は、ステージ３を新たなフレーム領域５２に移動して同様に描画する。
【００５６】
上記のようにして、試料２の全てのフレーム領域５２の描画を終えた後は、新たなマスクに交換し、上記と同様の方法による描画を繰り返す。
【００５７】
次に、制御計算機１９による描画制御について説明する。
【００５８】
制御計算機１９は、入力部２０で磁気ディスクに記録されたマスクの描画データを読み出す。読み出された描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２１に一時的に格納される。
【００５９】
パターンメモリ２１に格納されたフレーム領域５２毎の描画データ、つまり、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、描画データ補正部３１で補正された後、データ解析部であるパターンデータデコーダ２２と描画データデコーダ２３を介して、副偏向領域偏向量算出部２８、ブランキング回路２４、ビーム成形器ドライバ２５、主偏向器ドライバ２６、副偏向器ドライバ２７に送られる。
【００６０】
パターンデータデコーダ２２では、描画データに基づいてブランキングデータが作成されてブランキング回路２４に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム形状データが作成されて副偏向領域偏向量算出部２８とビーム成形器ドライバ２５に送られる。
【００６１】
副偏向領域偏向量算出部２８は、パターンデータデコーダ２２により作成したビーム形状データから、副偏向領域５３における、１ショットごとの電子ビームの偏向量（移動距離）を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部２９に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。
【００６２】
セトリング時間決定部２９で決定されたセトリング時間は、偏向制御部３０へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部３０より、ブランキング回路２４、ビーム成形器ドライバ２５、主偏向器ドライバ２６、副偏向器ドライバ２７のいずれかに適宜送られる。
【００６３】
ビーム成形器ドライバ２５では、照射部１０の成形偏向器１４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４の形状と寸法が制御される。
【００６４】
描画データデコーダ２３では、描画データに基づいて副偏向領域５３の位置決めデータが作成され、このデータは主偏向器ドライバ２６に送られる。次いで、主偏向器ドライバ２６から主偏向器１５へ所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４は、副偏向領域５３の所定位置に偏向走査される。
【００６５】
描画データデコーダ２３では、描画データに基づいて、副偏向器１６の走査のための制御信号が生成される。制御信号は、副偏向器ドライバ２７に送られた後、副偏向器ドライバ２７から副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加される。副偏向領域５３内での描画は、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム５４を繰り返し照射することによって行われる。
【００６６】
図７は、本実施の形態の電子ビーム描画装置の使用方法の一例である。この図に示すように、まず、電子ビームを１回の走査で複数のマークの上を通過させ、検出された各マークからの反射電子に基づいて電子ビームの強度分布を求める（Ｓ１０１）。次に、電子ビームの強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）と、マークの形状関数Ｐ（ｘ）とにおける各パラメータを合わせ込み、反射電子の信号から得られた電子ビーム強度の波形を近似関数Ｒ（ｘ）でフィッティングしてビーム分解能σを得る（Ｓ１０２）。得られたσを基準値σ０と比較する（Ｓ１０３）。σ０≧σであれば分解能に問題はないと判断して、所定間隔毎にＳ１０１〜Ｓ１０３を繰り返す。一方、σ＞σ０であれば分解能に問題があると判断し、分解能低下の原因を調査する（Ｓ１０４）。分解能低下の原因としては、例えば、電子銃や偏向レンズの劣化が考えられる。
【００６７】
図８は、本実施の形態の電子ビーム描画装置の使用方法の別の例である。この図に示すように、まず、電子ビームを１回の走査で複数のマークの上を通過させる（Ｓ２０１）。そして、各マークからの反射信号を検出する（Ｓ２０２）。次に、電子ビームの強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）と、マークの形状関数Ｐ（ｘ）とにおける各パラメータを合わせ込み、Ｓ２０２における反射信号から得られた電子ビーム強度の波形を近似関数Ｒ（ｘ）でフィッティングしてビーム分解能σ１を得る（Ｓ２０３）。Ｓ２０３を終えて所定時間を経過してから、再び複数のマークの上で電子ビームを走査する（Ｓ２０４）。そして、複数のマークからの反射信号を検出する（Ｓ２０５）。次に、複数のマークに対応する数の形状関数と１つの誤差関数によって定義された近似式を用い、Ｓ２０５における反射信号に基づく波形をフィッティングして電子ビームの分解能σ２を求める（Ｓ２０６）。その後、分解能σ１および分解能σ２と、Ｓ２０３およびＳ２０６の各形状関数をそれぞれ比較する（Ｓ２０７）。σ１＝σ２であって形状関数もほぼ同じであれば、電子ビームの分解能にもマークにも変化はないので、再び所定時間が経過するのを待ってＳ２０４〜Ｓ２０６を行う。一方、σ１＝σ２であって形状関数が異なる場合には、マークに何らかの変化が生じていると判断してマークを交換する。さらにσ１≠σ２であって形状関数がほぼ同じであれば、電子ビームの分解能に問題があると判断し、分解能低下の原因を調査する。分解能低下の原因としては、例えば、電子銃や偏向レンズの劣化が考えられる。
【００６８】
図９は、本実施の形態の電子ビーム描画装置の使用方法の他の例である。まず、１つのマークの上で電子ビームを所定の条件で走査する（Ｓ３０１）。そして、マークからの反射信号を検出する（Ｓ３０２）。次に、マークに対応する１つの形状関数と、Ｓ３０１における電子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、Ｓ３０２における反射信号に基づく波形をフィッティングして電子ビームの分解能σ１を求める（Ｓ３０３）。Ｓ３０３を終えて所定時間を経過してから、再びマークの上で電子ビームの状態を変えて走査する（Ｓ３０４）。そして、マークからの反射信号を検出する（Ｓ３０５）。次に、マークに対応する１つの形状関数と、Ｓ３０４における電子ビームの状態に対応する数の誤差関数とによって定義された近似式を用い、Ｓ３０５における反射信号に基づく波形をフィッティングして電子ビームの分解能σ２を求める（Ｓ３０６）。その後、分解能σ１および分解能σ２と、Ｓ３０３およびＳ３０６の各形状関数とをそれぞれ比較する（Ｓ３０７）。σ１＝σ２であって形状関数もほぼ同じであれば、電子ビームの分解能にもマークにも変化はないので、再び所定時間が経過するのを待ってＳ３０４〜Ｓ３０６を行う。一方、σ１＝σ２であって形状関数が異なる場合には、マークに何らかの変化が生じていると判断してマークを交換する。さらにσ１≠σ２であって形状関数がほぼ同じであれば、電子ビームの分解能に問題があると判断し、分解能低下の原因を調査する。分解能低下の原因としては、例えば、電子銃や偏向レンズの劣化が考えられる。
【００６９】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では、電子ビームを用いたが、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。
【００７０】
また、上記実施の形態では、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要としない部分についての記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７１】
１    試料室
２    試料
３    ステージ
４    ステージ駆動回路
５    位置回路
６    電子銃
７、８、９、１１、１２    各種レンズ
１０    照射部
１３    ブランキング用偏向器
１４    成形偏向器
１５    主偏向器
１６    副偏向器
１７    第１のアパーチャ
１８    第２のアパーチャ
１９    制御計算機
２０    入力部
２１    パターンメモリ
２２    パターンデータデコーダ
２３    描画データデコーダ
２４    ブランキング回路
２５    ビーム成形器ドライバ
２６    主偏向器ドライバ
２７    副偏向器ドライバ
２８    副偏向領域偏向量算出部
２９    セトリング時間決定部
３０    偏向制御部
３１    描画データ補正部
３２    検出器
３３    検出部
３４    Ａ／Ｄ変換部
３５    分解能取得部
５１    描画されるパターン
５２    フレーム領域
５３    副偏向領域
５４    電子ビーム
１０１、１０２    マーク
Ｓ    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005563801.tif 000011
【図８】
0005563801.tif 000012
【図９】
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